DE975671C - Elektrischer Stromunterbrecher mit Lichtbogenloeschung durch ein selbsterzeugtes Loeschmittel - Google Patents

Description

Es sind elektrische Stromunterbrecher bekannt, insbesondere Schalter mit Lichtbogenlöschung durch ein Löschmittel, welches durch den Abschaltlichtbogen in einer Kammer selbst erzeugt oder unter Druck gesetzt wird. Beispielsweise kann ein in einer Schaltkammer eingeschlossenes Luftvolumen bei stärkerem Lichtbogen unter Druck gesetzt werden, das dann bei schwächer werdendem Lichtbogen aus der Kammer ausströmt und dabei den Lichtbogen löscht. Das Luftvolumen kann auch durch den vom Lichtbogen ausgehenden Druckstoß bei entsprechender Ausbildung der Kammer so gelenkt werden, daß es nach der Reflexion an einer Kammerwand wieder auf den Lichtbogen auftrifft und auf diese Weise die Löschung bewirkt. Bei anderen Schaltern wiederum werden durch den Lichtbogen aus den Schaltraum wandungen Gase und Dämpfe erzeugt, die zur Löschung des Lichtbogens dienen. Es ist nun bekannt, daß die Löschmittelerzeugung um so kräftiger ist, je stärker oder länger der Lichtbogen ist, da dann die in der Schaltkammer eingeschlossene Luft durch Erhitzung auf einen hohen Druck gebracht oder ein starker Druckstoß auf den Lichtbogen zurückgeworfen oder aus der gasabgebenden Kammerwand viel Gas erzeugt wird. Von dem Mittel, den Lichtbogen in die Länge zu ziehen, wird deshalb bei diesen Stromunterbrechern vielfach Gebrauch gemacht.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei derartigen Stromunterbrechern durch besondere Maßnahmen eine wirkungsvolle Lichtbogenlöschung zu erhalten. Ein langgezogener Lichtbogen, der sich wohl für die Löschmittelerzeugung als günstig erweist, erfordert jedoch für die Löschung selbst eine hohe Schaltarbeit. Um diese herabzusetzen, sieht die Erfindung einen derartigen Aufbau des Schalters vor, daß zur Löschung des langen Lichtbogens dieser durch teilweises Kurzschließen in einen oder mehrere insgesamt kürzere Lichtbogen umgewandelt wird. Auf diese Weise wird das erzeugte Löschmittel nur auf kurze Teile des Lichtbogens zur Einwirkung gebracht und kann so eine schnelle und intensive Reinigung der Schaltstrecke erzielen. Das Kurzschließen eines Teiles des langen Lichtbogens erfolgt zweckmäßig durch Einschalten eines Widerstandes in die Lichtbogenbahn.

An sich ist es bekannt, bei Schaltern einen langen Lichtbogen zu erzeugen, der dann in Teillichtbögen umgewandelt wird. Die Löschwirkung dieser Schalter beruht jedoch nicht darauf, den Lichtbogen einem gasförmigen Löschmittel auszusetzen, sondern darauf, die Lichtbogenspannung möglichst so groß wie die treibende Spannung zu machen, da dann der Strom praktisch zu Null wird und der Lichtbogen erlischt. Damit es hierbei zu keiner Wiederzündung kommt, muß den Teillichtbögen genügend Wärme entzogen werden, was dadurch erfolgt, daß sie mit einer großen Anzahl von kühlenden Wänden in Berührung gebracht werden. Es ist an sich ebenfalls bekannt, Widerstände in die Lichtbogenbahn eines Schalters einzuschalten, wie z. B. bei Druckgasschaltern mit Fremdbelastung. Bei diesen Schaltern steht aber von vornherein das Lichtbogenlöschmittel bei hohem Druck zur Verfügung, so daß nicht die Notwendigkeit besteht, den Lichtbogen stark in die Länge zu ziehen.

Die Erfindung wird: im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert. Als Beispiel ist in allen Figuren ein Schalter zugrunde gelegt, bei dem der Lichtbogen in einer verhältnismäßig engen Kammer gezogen wird, so daß die eingeschlossene Luft durch ihn auf hohen Druck gebracht wird und beim Ausströmen aus der Kammer die Löschung bewirkt. Fig. ι zeigt einen derartigen Schalter. In der Kammer 1 sind hier die beiden zusammenwirkenden Schaltkontakte 2 und 3 untergebracht, die als drehbare Hebel ausgebildet sind und in der durch strichpunktierte Linien angedeuteten Einschaltstellung mit ihrem freien Enden aneinanderliegen. Dabei sind zweckmäßig besondere, hier nicht dargestellte Federn vorgesehen, die für den Kontaktdruck sorgen. Derartige Drehhebelkontakte sind an sich bekannt, und die bekannten Anordnungen lassen sich für den vorliegenden Zweck verwenden. Die Schaltkontakte 2 und 3 dienen zur Leistungsunterbrechung. Zur Spannungstrennung dient der Trennschaltarm 4, dessen zugehöriger fester Kontakt 5 auf dem Isolator 6 angeordnet ist. Die Ausschaltstellung des Trennschalters ist durch strichpunktierte Linien angedeutet. Der Stromverlauf durch den Schalter im Einschaltzustand ist durch die strichpunktierte Linie 7-7 angegeben. Die Kammer ι sitzt auf den Isolatoren 8 und 9, mit denen sie auch ein einziges Isolierstück bilden kann. Die ganze Anordnung ist auf der Grundplatte 10 aufgebaut. Der Antrieb für die Schaltkontakte ist hier nicht dargestellt. Für die Bewegung der Kontakte kann irgendein geeigneter Mechanismus vorgesehen sein, und der Antrieb selbst kann beispielsweise mittels Druckluft erfolgen. Der Innenraum der Kammer 1 teilt sich in zwei Kanäle 11 und 12, welche düsenartige Verengungen 13 und 14 aufweisen und am Austrittsende mit Kühlern 15 und 16 versehen sind. Oberhalb der Düsenverengungen 13 und 14 sind Hilfselektroden 17 und 18 angeordnet, die durch einen Widerstand 19 miteinander verbunden sind. An Stelle des Widerstandes kann unter Umständen aber auch eine widerstandsfreie Verbindung der Hilfselektroden vorgesehen sein. Beim Ausschaltvorgang werden die Kontakte 2 und 3 in die in Fig. 1 mit starken Linien gezeichnete Stellung gedreht. Zwischen ihnen wird dabei der lange Lichtbogen 20 gezogen, so daß die in dem unterhalb der Düsen 13 und 14 befindlichen Raum der Kammer 1 eingeschlossene Luft durch die Hitze dieses langen Lichtbogens auf hohen Druck gebracht wird. Da der Lichtbogen aber infolge der vorhandenen Richtwirkung das Bestreben hat, aus den Kontakten 2 und 3 in der Längsrichtung auszutreten, so springt er bald auf die Elektroden 17 und 18 über. Sein Hauptteil wird somit durch den Widerstand 19 kurzgeschlossen, der außerdem auch eine Stromdrosselung hervorruft, so daß statt des langen Lichtbogens 20 die beiden kurzen Lichtbogen 21 und 22 entstehen, die in den Düsen 13 und 14 brennen. Diese lassen sich durch die aus dem unteren Kammerraum mit großer Geschwindigkeit durch die Düsen strömende Luft leicht löschen. Gegebenenfalls kann zusätzlich noch etwas Frischluft z. B. von unten in die Kammer eingeführt werden. Da jedoch nach der Leistungsunterbrechung auch das Trennmesser 4 ausgeschwenkt wird, ist dies im allgemeinen gar nicht erforderlich. Bei hinreichender Bemessung der Trennstelle kann der Trennschalter auch entfallen. An den Wandteilen, mit denen der lange Lichtbogen 20 in Berührung kommt, kann vorteilhaft auch gasabgebendes Material vorgesehen sein, wodurch die Löschwirkung noch erhöht wird. Den Kontakten 2 und 3 werden zweckmäßig besondere Abbrennelektroden zugeordnet. Der erfindungsgemäße Schalter eignet sich auch sehr gut für die Unterbrechung kleiner Ströme. Dieses bereitet ja bei den bekannten Schaltern mit Löschmittelerzeugung durch den Lichtbogen deshalb immer Schwierigkeiten, weil der bei kleinen Strömen an sich schwache Lichtbogen die Löschmittelerzeugung nicht in so ausreichendem Maße bewirken kann wie der Lichtbogen größerer Ströme. Dadurch, daß er im vorliegenden Fall aber zunächst lang ausgezogen wird, wird auch die Löschung kleiner Ströme wesentlich günstiger gestaltet.

Fig. 2 zeigt eine Anordnung, bei welcher eine Möglichkeit vorgesehen ist, den Lichtbogen noch

länger auszuziehen. Und zwar hat der Lichtbogen 20 hier die Möglichkeit, in den Kanal 24., der auch düsenartig ausgebildet sein kann, einzutreten, wo er sich an der Hilfselektrode23, die in der Mitte des Widerstandes 19 sitzt, ansetzen kann.

Man kann nun die Düsen 13 und 14 in an sich bekannter Weise während der Bildung des Lichtbogens 20 zunächst noch geschlossen halten, was für die Druckerzeugung günstig ist. Zu diesem Zweck kann man, wie in Fig. 4 in bezug auf die Düse 13 dargestellt ist, einen Schieber 25 vorsehen, der die Düsenöffnung erst kurz vor der Bildung des Licht-1x >gens 21 freigibt. Dasselbe kann man auch mittels eines Drehschiebers 26 erreichen, der mit dem Kontakt 2 bzw. 3 starr verbunden sein oder getrennt davon angetrieben werden kann. Dieses Beispiel ist in bezug auf die Düse 14 in Fig. 5 veranschaulicht. Fig. 3 zeigt den Schalter gemäß der Erfindung mit zwei Leistungsunterbrechungsstellen, und zwar in der Ausschaltstellung. Die Kammer 1 enthält dabei zwei solche Anordnungen, wie sie die Kammer ι gemäß Fig. 1 aufweist. Die sich entsprechenden Teile der beiden Anordnungen sind mit gleichen Ziffern bezeichnet, wobei die Ziffern der rechs5 ten Anordnung mit Strichen versehen sind. Die in Reihe liegenden Unterbrechungsstellen können auch zeitlich nacheinander geöffnet werden. Es kann sehr zweckmäßig sein, die Trennstellen durch Trennwände voneinander zu trennen.

Eine weitere Abwandlung des erfindungsgemäßen Schalters ist in Fig. 6 veranschaulicht. Hier sind besondere feststehende Hilfselektroden 27 und 28 vorhanden, an die die Kontakte 2 und 3 den Lichtbogen 20 abgeben, wenn sie die Ausschaltlage erreicht haben. Die Hilfselektroden sind durch Arme 31 und 32 an die Stromanschlüsse 29 und 30 angeschlossen. In dieser Figur ist auch ein Zuführungsrohr 33 zum Einführen von Zusatzluft eingezeichnet, welches natürlich bei den anderen Ausführungen ebenfalls vorgesehen sein kann.

Bei den bisher beschriebenen Beispielen werden die beiden kurzen Lichtbogen 21 und 22 axial beblasen. Die folgenden Figuren zeigen Beispiele, bei denen statt dessen eine Querbeblasung gewählt ist. Gemäß Fig. 7 werden die Kontakte 2 und 3 an den Hilfselektroden 17 und 18 vorbeibewegt. Zwischen den Kontakten 2 und 3 wird zunächst ein langer Lichtbogen gezogen, der durch den Widerstand 19 überbrückt wird, wenn die Kontakte an den Hilfselektroden vorbeikommen. Danach werden zwischen den Kontakten und den Hilfselektroden die kurzen Lichtbogen 21 und 22 gezündet, welche quer in der Kammer angeordnet sind und durch die ausströmende Luft querbeblasen werden. Die Ausblaskanäle können, wie in Fig. 7 (16') dargestellt ist, in der Richtung der Leitungsführung blasen.

Den beweglichen Kontakten 2 und 3 können dabei auch weitere feststehende Elektroden zügeordnet werden, an denen sich die kurzen Lichtbogen ansetzen, wenn die Kontakte die Ausschaltstellung erreicht haben. In Fig. 8 ist eine solche Elektrode in bezug auf den Kontakt 2 dargestellt und mit 37 bezeichnet. Die Wand 35 wird zweckmäßig aus gasabgebendem Isoliermaterial hergestellt.

Man kann die Hilfselektroden 17 und 18 auch so anordnen, daß sie schon früher durch die beweglichen Kontakte gestreift werden. Je nachdem, an welcher Stelle sie sich auf dem Wege der Kontaktenden befinden, ist das Verhältnis der beiden Lichtbogenlängen, der Länge des zuerst gezogenen langen Bogens und der des danach entstehenden kürzeren Bogens verschieden. Man kann hierdurch die Verhältnisse den jeweiligen Erfordernissen leicht anpassen. In Fig. 9 ist in bezug auf den Kontakt 3 eine derartige Hilfselektrodenanordnung gezeigt, bei welcher der Kontakt 3 schon früher an der Elektrode 18 vorbeibewegt wird.

Der im vorstehenden beschriebene Schalter braucht natürlich nicht zwei Kontakthebel aufzuweisen, man kann ihn auch mit nur einem derartigen Kontakt ausführen. Ein solches Beispiel ist in Fig. 10 gezeigt. Hier ist nur der Kontakt 3 beweglich, während der als Rolle ausgebildete Kontakt 2 feststeht. Mit dem Kontakt 2 ist die Lichtbogenelektrode 34 verbunden. Beim Ausschaltvorgang entsteht ein langer Lichtbogen zwischen der Elektrode 34 und dem Kontakt 3. Wenn der Kontakt 3 an der Hilfselektrode 18 angelenkt ist, so wird zwischen den Elektroden 34 und 17 ein kurzer Lichtbogen gezündet, während der lange Lichtbogen erlischt. Ein weiterer Lichtbogenteil wird dann noch von der Elektrode 18 an der Isolierwand 35 vorbeigezogen. Bei dem Beispiel der Fig. 10 ist auch gezeigt, daß als Antrieb für den beweglichen Kontakt ein Druckluftantrieb verwendet .werden kann. Dieser ist in der Figur mit 36 bezeichnet. Dieser Antrieb kann mit der Kammer 1 aus einem Stück bestehen, z. B. gepreßt sein. Die Druckgaszuleitungen 40, 41 können dabei im tragenden Isolator untergebracht oder sogar mit diesem vereinigt sein.

Die Schaltkammer 1 soll in allen Fällen möglichst eng ausgeführt werden. Sie braucht nicht größer zu sein, als es zur Aufnahme aller Teile erforderlich ist. An der kreisförmigen Bewegungsbahn des kontaktgebenden Endes des beweglichen Kontaktes kann die schmale Kammer zur Leitung der Gasströmung wulstartig erweitert sein, wie z. B. in Fig. 11 angedeutet ist, welche den Schnitt A-B gemäß Fig. 10 darstellt.

Die Widerstände 19 können auch zweckmäßig in an sich bekannter Weise mit Druckgasbeblasung, z. B. Druckluftbeblasung, versehen werden, um die Temperaturen möglichst niedrig zu halten. Die Widerstände können auch in mehreren Stufen eingeschaltet werden, wobei mehrere Hilfselektroden iy, 18 anzubringen sind, die zweckmäßig in Kanälen gemäß Fig. 11 angeordnet werden, so daß der Lichtbogen an den Hilfselektroden gleichzeitig eine _lao Beblasung erfährt. Hierdurch ist eine Möglichkeit gegeben, dieses Prinzip auch auf Gleichstromunterbrecher anzuwenden.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 12 ist statt von einem metallischen von einem gasförmigen 1*5 Widerstand aus den ionisierten Schaltgasen Ge-

brauch gemacht. Zu diesem Zweck ist eine nur durch Kanäle 43 mit dem Schaltraum verbundene Kammer 42 vorgesehen, in der sich ein Teil der ionisierten Schaltgase sammelt und so zwischen den Hilfselektroden 17 und 18 eine mehr oder weniger leitende Brücke je nach der Lichtbogenstärke bildet.

Claims (15)

1. PATENTANSPRÜCHE: .

   i. Elektrischer Stromunterbrecher, insbesondere Schalter mit Lichtbogenlöschung durch ein Löschmittel, welches durch den Abschaltlichtbogen in einer Kammer selbst erzeugt oder unter Druck gesetzt wird und bei dem der Abschaltlichtbogen zur Löschmittelerzeugung lang ausgezogen wird, gekennzeichnet durch einen derartigen Aufbau des Schalters, daß zur Löschung des langen Lichtbogens dieser durch teil weises Kurzschließen in einen oder mehrere insgesamt kürzere Lichtbogen umgewandelt wird.
2. 2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kurzschließen eines Teiles des langen Lichtbogens durch einen Widerstand erfolgt.
3. 3. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbrecherkontakte als schwenkbare Kontakthebel (2, 3) ausgebildet sind, die in der Einschaltstellung vorzugsweise in einer Geraden liegen und beim Ausschalten um etwa 90⁰ auseinandergeschwenkt werden, so daß ihre Enden den Endelektroden (17, 18) einer Strombrücke (19) gegenüberstehen, auf welche der Lichtbogen (20) überspringt, wodurch er über den größeren Teil seiner Länge kurzgeschlossen und durch zwei kleine Lichtbogen (21, 22) ersetzt wird.
4. 4. Schalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakthebel (2, 3) in einer sie eng umgebenden Schaltkammer (1) bewegt werden und die kleinen Lichtbogen (21, 22) innerhalb von Düsen brennen, durch welche die durch den langen Lichtbogen (20) im unteren Teil der Kammer erhitzte Luft ausströmt und die kleinen Lichtbogen bebläst.
5. 5. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandungsteile der Kammer, mit welchen der lange Lichtbogen in Berührung kommt, mindestens zum Teil aus unter der Lichtbogeneinwirkung gasabgebendem Material besteht.
6. 6. Schalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strombrücke (19) mit einer mittleren Elektrode (23) oder deren mehreren versehen ist, die durch einen Kanal (24) oder deren mehrere mit dem unteren Lichtbogenraum der Kammer (ι) in Verbindung steht, so daß sich der lange Lichtbogen (20) an dieser oder diesen Elektroden ansetzt und dadurch eine noch größere Verlängerung erfährt (Fig. 2).
7. 7. Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (13, 14) während der Druckerzeugung durch den langen Lichtbogen (20) durch Schieber (25 bzw. 26) so lange verschlossen sind, bis die Kontakte (2,3) die Aus-Schaltstellung mindestens nahezu erreicht haben und die kurzen Lichtbogen gezündet werden (Fig. 4 und 5).
8. 8. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Schaltkammer (1) mehrere Unterbrechungsstellen in Reihe angeordnet sind (Fig. 3).
9. 9. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den beweglichen Kontakthebeln (2, 3) feststehende Elektroden (27, 28) zügeordnet sind, auf die die Fußpunkte des langen Lichtbogens (20) übergehen, wenn die Kontakte (2, 3) in die Ausschaltstellung gelangen (Fig. 6).
10. 10. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kurzen Lichtbogen (21, 22) in den Ausblaskanälen quergerichtet sind (Fig. 7, 8, 9).
11. 11. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den beweglichen Kontakten (2) besondere Hilfselektroden (37) zugeordnet sind, mit denen sie im Ausschaltzustand in Berührung kommen und an denen die kleinen Lichtbogen (21) in die Ausblaskanäle (11) wandern (Fig. 8).
12. 12. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur einer der beiden Schaltkontakte (3) hebelartig ausgebildet ist, während der andere vorzugsweise die Gestalt einer fest angeordneten Rolle (2) hat (Fig. 10).
13. 13. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren in einer Kammer angeordneten Unterbrechungsstellen diese zeitlich nacheinander geöffnet werden (Fig. 3).
14. 14. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Kammer (1) zusätzlich von außen Druckluft eingeleitet wird (Fig. 6).
15. 15. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (1) vor der Unterbrechung mit Druckluft aufgeladen wird.

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    In Betracht gezogene Druckschriften:
    Deutsche Patentschriften Nr. 266745, 554079, 538, 678 745, 735 602, 718 554;
    ETZ, 1929, S. 686 und 687.

    In Betracht gezogene ältere Patente:
    Deutsche Patente Nr. 807 290, 907 074.

    Hierzu ι Blatt Zeichnungen

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